DE102020204837A1 - Plate heat exchanger with locally varying thermal conductivity - Google Patents
Plate heat exchanger with locally varying thermal conductivity Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020204837A1 DE102020204837A1 DE102020204837.1A DE102020204837A DE102020204837A1 DE 102020204837 A1 DE102020204837 A1 DE 102020204837A1 DE 102020204837 A DE102020204837 A DE 102020204837A DE 102020204837 A1 DE102020204837 A1 DE 102020204837A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat exchanger
- plates
- fluid
- base unit
- thermal conductivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
- F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
- F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/16—Evaporating by spraying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
- B01D1/221—Composite plate evaporators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
- B01D5/0003—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation by using heat-exchange surfaces for indirect contact between gases or vapours and the cooling medium
- B01D5/0015—Plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
- B01D5/0057—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes
- B01D5/006—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes with evaporation or distillation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
- C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/14—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by endowing the walls of conduits with zones of different degrees of conduction of heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
- F28F21/065—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing plate-like or laminated conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
- F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
- F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
- F28F3/10—Arrangements for sealing the margins
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0061—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
- F28F2255/06—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes composite, e.g. polymers with fillers or fibres
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2275/00—Fastening; Joining
- F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2275/00—Fastening; Joining
- F28F2275/06—Fastening; Joining by welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Offenbart ist ein Wärmetauscher, insbesondere für den Einsatz in einer Destillationsanlage, aufweisend einen Einbaurahmen und eine als ein Stapel aus mehreren Platten ausgestaltete Basiseinheit, wobei die Platten der Basiseinheit zum Ausbilden von Fluidkanälen eine Prägung aufweisen, wobei mindestens ein Fluidkanal zum Führen eines Fluids zwischen mindestens zwei Platten ausgebildet ist, wobei die Platten aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff bestehen, wobei mindestens eine Platte der Basiseinheit mindestens einen Bereich mit einer verringerten Wärmeleitfähigkeit und mindestens einen Bereich mit einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Des Weiteren ist eine Anlage zur thermischen Behandlung von mindestens einem Fluid offenbart. Disclosed is a heat exchanger, in particular for use in a distillation plant, having an installation frame and a base unit configured as a stack of several plates, the plates of the base unit having an embossing for forming fluid channels, with at least one fluid channel for guiding a fluid between at least two plates is formed, wherein the plates consist of a thermally conductive plastic, wherein at least one plate of the base unit has at least one area with a reduced thermal conductivity and at least one area with an increased thermal conductivity. Furthermore, a system for the thermal treatment of at least one fluid is disclosed.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für den Einsatz in einer Destillationsanlage, aufweisend einen Einbaurahmen und eine als ein Stapel aus mehreren Platten ausgestaltete Basiseinheit, wobei die Platten der Basiseinheit zum Ausbilden von Fluidkanälen eine Prägung aufweisen, wobei mindestens ein Fluidkanal zum Führen eines Fluids zwischen mindestens zwei Platten ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage mit mindestens einem derartigen Wärmetauscher.The invention relates to a heat exchanger, in particular for use in a distillation plant, having an installation frame and a base unit configured as a stack of several plates, the plates of the base unit having an embossing for forming fluid channels, with at least one fluid channel for guiding a fluid between at least two plates is formed. The invention also relates to a system with at least one such heat exchanger.
Stand der TechnikState of the art
Bei der Herstellung von Destillationsanlagen stellt der Wärmetauscher eine der teuersten Komponenten dar, da der Wärmetauscher präzise auf den Prozess der jeweiligen Destillationsanlage, wie beispielsweise der Frischwassergewinnung, abgestimmt wird. Der Wärmetauscher kann dabei als ein kombinierter Verdampfer und Kondensator ausgestaltet sein.In the manufacture of distillation systems, the heat exchanger is one of the most expensive components, as the heat exchanger is precisely tailored to the process of the respective distillation system, such as fresh water extraction. The heat exchanger can be designed as a combined evaporator and condenser.
Aus Metall hergestellte Wärmetauscher weisen eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, welche mit einer erhöhten Fouling-Gefahr verbunden ist. Des Weiteren sind Kunststoffwärmeübertrager bzw. aus thermisch leitfähigem Kunststoff hergestellte Wärmetauscher bekannt. Derartige, aus Kunststoff hergestellte, Wärmetauscher weisen zwar eine verringerte Fouling-Gefahr auf, sind jedoch hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit eingeschränkt.Heat exchangers made of metal have good thermal conductivity, which is associated with an increased risk of fouling. Plastic heat exchangers or heat exchangers made from thermally conductive plastic are also known. Such heat exchangers made of plastic have a reduced risk of fouling, but are limited in terms of thermal conductivity.
Bei der Verwendung von Wärmetauschern aus Metall, wie beispielsweise Titan oder Edelstahl, kann die Diebstahlgefahr steigen, da das Metall geschmolzen und beliebig weiterverwendet werden kann.When using heat exchangers made of metal, such as titanium or stainless steel, the risk of theft can increase because the metal can be melted and reused as required.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, einen Wärmetauscher vorzuschlagen, welcher die Vorteile eines aus einem Kunststoff hergestellten Wärmetauschers mit den Vorteilen eines aus einem Metall hergestellten Wärmetauschers kombiniert.The object on which the invention is based can be seen in proposing a heat exchanger which combines the advantages of a heat exchanger made from a plastic with the advantages of a heat exchanger made from a metal.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by means of the respective subject matter of the independent claims. Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the respective dependent subclaims.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher, insbesondere für den Einsatz in einer Destillationsanlage, bereitgestellt. Der Wärmetauscher weist einen Einbaurahmen und eine als ein Stapel aus mehreren Platten ausgestaltete Basiseinheit auf, wobei die Platten der Basiseinheit zum Ausbilden von Fluidkanälen eine Prägung aufweisen. Mindestens ein Fluidkanal ist zum Führen eines Fluids zwischen mindestens zwei Platten ausgebildet. Bevorzugterweise bestehen die Platten aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff, wobei mindestens eine Platte der Basiseinheit mindestens einen Bereich mit einer verringerten Wärmeleitfähigkeit und mindestens einen Bereich mit einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit aufweist.According to one aspect of the invention, a heat exchanger, in particular for use in a distillation plant, is provided. The heat exchanger has an installation frame and a base unit configured as a stack of several plates, the plates of the base unit having an embossing in order to form fluid channels. At least one fluid channel is designed for guiding a fluid between at least two plates. The plates preferably consist of a thermally conductive plastic, at least one plate of the base unit having at least one area with reduced thermal conductivity and at least one area with increased thermal conductivity.
Ein derartiger Wärmetauscher weist Platten auf, welche eine lokale Variation der Wärmeleitfähigkeit umfassen. Dabei kann die Wärmeleitfähigkeit lokal durch Einbringen von Füllstoffen und/oder Füllpartikeln gesteigert werden. Insbesondere können Bereiche mit einer thermischen Isolation und Bereiche mit einer thermischen Leitfähigkeit geschaffen werden, welche eine zusätzliche Isolierung durch Gummibeschichtungen oder Silikonbeschichtungen vermeiden.Such a heat exchanger has plates which include a local variation in the thermal conductivity. The thermal conductivity can be increased locally by introducing fillers and / or filler particles. In particular, areas with thermal insulation and areas with thermal conductivity can be created which avoid additional insulation by means of rubber coatings or silicone coatings.
Die jeweiligen Platten können zu einem Block bzw. zu einer Basiseinheit dauerhaft verbunden werden. Derartige Platten können Ausbeulungen bzw. Prägungen aufweisen, durch welche zwischen mehreren gestapelte Platten Fluidkanäle entstehen, um Fluide parallel zu und zwischen den Platten zu leiten. Die Platten können vorzugsweise im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Dabei wird der Kunststoff bzw. das Polymer zum Herstellen der Platten derart in eine entsprechende Spritzgussform eingebracht, dass die Füllpartikel in ihrer Ausrichtung eingestellt werden.The respective plates can be permanently connected to form a block or a base unit. Such plates can have bulges or embossments through which fluid channels are created between a plurality of stacked plates in order to conduct fluids parallel to and between the plates. The plates can preferably be produced by injection molding. The plastic or the polymer for producing the plates is introduced into a corresponding injection mold in such a way that the orientation of the filler particles is adjusted.
Bei der Herstellung der Platten kann die Wärmeleitfähigkeit im Spritzguss durch geeignetes Platzieren der Anspritzstellen gesteuert werden. Die Ausrichtung der Füllpartikeln, welche als Leitpartikel für den Wärmetransport dienen, und damit die thermische Leitfähigkeit lassen sich somit lokal steuern. Damit können Wärmetauscherplatten beispielsweise im Randbereich isolierend gebildet werden, im Bereich der Wärmetauscherfläche bleibt die Wärmeleitfähigkeit hoch. Eine thermische Isolation der Wärmeleitplatten, wie bei einer Metallausführung, kann somit entfallen.During the production of the plates, the thermal conductivity in injection molding can be controlled by suitable placement of the injection points. The alignment of the filler particles, which serve as conductive particles for the heat transport, and thus the thermal conductivity can thus be controlled locally. In this way, heat exchanger plates can be made insulating in the edge area, for example, while the thermal conductivity remains high in the area of the heat exchanger surface. Thermal insulation of the heat conducting plates, as is the case with a metal version, can therefore be omitted.
Durch die Verwendung von Platten aus einem Kunststoff können die Fouling-Gefahr reduziert und Wartungsintervalle verlängert werden. Des Weiteren kann der Wärmetauscher durch die Verwendung von Kunststoff-Platten technisch einfach und kosteneffizient hergestellt werden. Durch die lokale Steigerung der thermischen Leitfähigkeit kann die Dimension des Wärmetauschers gegenüber dem Einsatz eines üblichen thermisch leitfähigen Polymers verringert werden.By using plates made of a plastic, the risk of fouling can be reduced and maintenance intervals can be extended. Furthermore, the heat exchanger can be manufactured in a technically simple and cost-effective manner by using plastic plates. Due to the local increase in thermal conductivity, the dimensions of the heat exchanger can be reduced compared to the use of a conventional thermally conductive polymer.
Der Wärmetauscher kann als eine kombinierte Verdampfer/Kondensator Einheit, als ein Plattenwärmeübertrager, ein Fallfilmverdampfer und dergleichen ausgestaltet sein. Des Weiteren kann der Wärmetauscher bei Vakuumprozessen oder bei der Brüdenkompression eingesetzt werden.The heat exchanger can be used as a combined evaporator / condenser unit, as a Plate heat exchangers, a falling film evaporator and the like can be configured. The heat exchanger can also be used in vacuum processes or in vapor compression.
Bei einer Ausführungsform sind die Platten der Basiseinheit zumindest umfangsseitig fluiddicht miteinander verbunden, wobei jede Platte mindestens eine Öffnung zum Leiten eines Fluids durch den Fluidkanal aufweist. Die mindestens eine Öffnung ist mit einem Fluideinlass und/oder einem Fluidauslass der Basiseinheit verbunden.In one embodiment, the plates of the base unit are connected to one another in a fluid-tight manner at least on the circumferential side, each plate having at least one opening for guiding a fluid through the fluid channel. The at least one opening is connected to a fluid inlet and / or a fluid outlet of the base unit.
Vorzugsweise ist ein umfangsseitiger Rand der Platten als ein Randbereich mit verringerter Wärmeleitfähigkeit ausgestaltet. Durch diese Maßnahme kann das Einbringen einer zusätzlichen thermischen Isolierung am Rand der Platten entfallen. Ein derartiger Wärmetauscher kann somit schneller und kosteneffizienter hergestellt werden.A peripheral edge of the plates is preferably designed as an edge region with reduced thermal conductivity. This measure eliminates the need to introduce additional thermal insulation at the edge of the panels. Such a heat exchanger can thus be produced more quickly and more cost-effectively.
Nach einer weiteren Ausführungsform umgibt der Randbereich der Platten umfangsseitig mindestens einen Zentralbereich der Platte, wobei der Zentralbereich eine gegenüber dem Randbereich erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Hierdurch kann der Zentralbereich als ein thermisch aktiver Bereich mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise alleine durch die Art, wie der Kunststoff in die Spritzgussform geführt wird umgesetzt werden.According to a further embodiment, the edge region of the plates surrounds at least one central region of the plate on the circumferential side, the central region having a higher thermal conductivity than the edge region. As a result, the central area can be designed as a thermally active area with a high thermal conductivity. This can be implemented, for example, solely by the way in which the plastic is fed into the injection mold.
Der Randbereich bleibt vorzugsweise thermisch weniger leitfähig. Alternativ oder zusätzlich kann der Randbereich ohne Füllpartikel ausgeführt sein, so dass der Randbereich thermisch isolierend bleibt. Hierdurch kann ein schnelles Start-Stopp Verhalten bei dezentralem Einsatz zur Trinkwasserherstellung realisiert werden.The edge area preferably remains less thermally conductive. Alternatively or additionally, the edge area can be designed without filler particles, so that the edge area remains thermally insulating. This enables quick start-stop behavior for decentralized use for drinking water production.
Die Platten sind vorzugsweise als dünne, konturierte Elemente ausgeführt. Die Konturen bilden Prägungen und somit die Querschnittsformen für den mindestens einen Fluidkanal aus. In die Platten sind Öffnungen eingebracht, welche als Zuführungen von mindestens einem Fluid in den mindestens einen Fluidkanal dienen.The plates are preferably designed as thin, contoured elements. The contours form embossments and thus the cross-sectional shapes for the at least one fluid channel. Openings are made in the plates, which serve as feeds of at least one fluid into the at least one fluid channel.
Die Füllpartikel können beispielsweise aus einem Metall oder aus Kohlestoff bestehen. Insbesondere kann die thermische Leitfähigkeit durch die Ausrichtung der Füllpartikel beim Formen, Spritzgießen oder Tiefziehen oder während der Aushärtung des Kunststoffs in einer Spritzgussform eingestellt werden. Durch die erhöhte thermische Leitfähigkeit der Füllpartikel gegenüber dem Polymer stellt sich bei Verwendung von Füllpartikeln, die eine längere und mindestens eine kürzere Länge in der Projektion aufweisen, eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit der Platten bzw. des ausgehärteten Materials ein. Ein Wärmetransport durch oder entlang der Platte folgt dabei im Wesentlichen der Ausrichtung der Füllpartikel. Beispielsweise kann die thermische Leitfähigkeit maximiert werden, wenn die Füllpartikel Kontaktbrücken zwischen beiden Seiten der Platte ausbilden.The filler particles can for example consist of a metal or of carbon. In particular, the thermal conductivity can be set by aligning the filler particles during molding, injection molding or deep drawing or during the curing of the plastic in an injection mold. Due to the increased thermal conductivity of the filler particles compared to the polymer, when filler particles are used which have a longer and at least one shorter length in the projection, an anisotropic thermal conductivity of the plates or of the cured material is established. A heat transport through or along the plate essentially follows the alignment of the filler particles. For example, the thermal conductivity can be maximized if the filler particles form contact bridges between both sides of the plate.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Platten der Basiseinheit eine gleiche Anordnung oder eine voneinander abweichende Anordnung der Bereiche mit verringerter Wärmeleitfähigkeit und der Bereiche mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit auf. Durch diese Maßnahme können die Platten der Basiseinheit gleich oder ungleich ausgestaltet sein. Es ist somit eine gezielte Steuerung der Wärmeleitfähigkeit und der Leistungsfähigkeit der Basiseinheit möglich. Insbesondere können einzelne Platten der Basiseinheit eine variierende und einzelne Platten eine konstante Wärmeleitfähigkeitsverteilung aufweisen. Bei einer weiteren Ausgestaltung können alle Platten eine variierende Wärmeleitfähigkeitsverteilung aufweisen.According to one embodiment, the plates of the base unit have the same arrangement or a different arrangement of the areas with reduced thermal conductivity and the areas with increased thermal conductivity. As a result of this measure, the plates of the base unit can be designed to be the same or different. Targeted control of the thermal conductivity and the performance of the base unit is thus possible. In particular, individual plates of the base unit can have a varying thermal conductivity distribution and individual plates can have a constant thermal conductivity distribution. In a further embodiment, all plates can have a varying thermal conductivity distribution.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Platten der Basiseinheit umfangsseitig miteinander verklebt oder verschweißt. Hierdurch ist die Basiseinheit des Wärmetauschers als ein integraler Block ausgeführt.According to a further embodiment, the plates of the base unit are glued or welded to one another on the circumferential side. As a result, the base unit of the heat exchanger is designed as an integral block.
Durch die optimierte Wärmeleitfähigkeitsverteilung der Platten der Basiseinheit können systemimmanent die Leistungsfähigkeit und die Baugröße gegenüber einem metallischen Wärmeübertrager vergleichbar ausgestaltet sein. Gleichzeitig kann die Neigung zu Fouling und das Gewicht des Wärmetauschers auf bis zu einem Drittel verringert werden. Damit kann der Wärmeübertragung, insbesondere bei Ausführung als Wechselteil mit universellen Anschlüssen technisch einfach ausgebaut und extern gereinigt werden.Due to the optimized thermal conductivity distribution of the plates of the base unit, the performance and the size of the system can be designed to be comparable to that of a metallic heat exchanger. At the same time, the tendency to fouling and the weight of the heat exchanger can be reduced by up to a third. In this way, the heat transfer, especially when designed as an interchangeable part with universal connections, can be easily expanded and cleaned externally.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Platten der Basiseinheit aus einem thermisch leitfähigen Polymer, wie beispielsweise PVDF, PE, PVC, PVCC, PP oder PFA, mit mindestens einem Füllstoff in Form von Füllpartikeln hergestellt. Hierdurch können die Platten als ein Spritzgussteil hergestellt werden. Dabei ist eine gezielte Steuerung der Füllpartikeldichte und der Ausrichtung der Füllpartikel möglich, welche eine Steuerung der lokalen Wärmeleitfähigkeit entlang einer flächigen Ausdehnung der Platten ermöglichen.According to one embodiment, the plates of the base unit are made from a thermally conductive polymer, such as PVDF, PE, PVC, PVCC, PP or PFA, with at least one filler in the form of filler particles. This allows the plates to be manufactured as an injection-molded part. A targeted control of the filler particle density and the alignment of the filler particles is possible, which enables a control of the local thermal conductivity along a flat extension of the plates.
Des Weiteren sind Basiseinheiten aus einem thermisch leitfähigen Polymer nicht attraktiv für Diebe und ermöglichen somit einen besonders sicheren Betrieb.Furthermore, base units made of a thermally conductive polymer are not attractive to thieves and thus enable particularly safe operation.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeleitfähigkeit der Bereiche der Platten der Basiseinheit durch eine Ausrichtung von Füllpartikeln und/oder eine Füllpartikeldichte einstellbar. Insbesondere können die Füllpartikel zum Ausbilden von Kontaktbrücken zwischen eingesetzt werden, um eine hohe thermische Leitfähigkeit zu erzielen. Die Abwesenheit von Füllpartikeln kann zum Ausbilden von thermisch isolierenden Bereichen eingesetzt werden. Die Füllpartikeldichte kann somit auch 0 sein, um eine hohe thermische Isolierung zu erzielen.According to a further embodiment, the thermal conductivity of the areas of the plates of the base unit can be adjusted by aligning filler particles and / or a filler particle density. In particular, the filler particles can be used to form contact bridges between them in order to achieve high thermal conductivity. The absence of filler particles can be used to form thermally insulating areas. The fill particle density can therefore also be 0 in order to achieve a high level of thermal insulation.
Alternativ oder zusätzlich können Füllpartikel zum Erhöhen der Wärmeleitfähigkeit und/oder Füllpartikel zum Verringern der Wärmeleitfähigkeit während des Spritzgussverfahrens lokal in die Spritzgussform eingebracht werden, um eine variierende Wärmeleitfähigkeitsverteilung entlang der Platten auszubilden.Alternatively or additionally, filler particles to increase the thermal conductivity and / or filler particles to reduce the thermal conductivity can be introduced locally into the injection mold during the injection molding process in order to form a varying distribution of thermal conductivity along the plates.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind zwischen den Platten der Basiseinheit Fluidkanäle zum Führen eines Heizfluids, Fluidkanäle zum Führen eines zu kondensierenden Fluids und Fluidkanäle zum Führen eines Kühlfluids ausgebildet, wobei die Fluidkanäle zum Führen des Heizfluids und die Fluidkanäle zum Führen des Kühlfluids durch mindestens einen Bereich mit geringer Wärmeleitfähigkeit voneinander beabstandet sind. Dies kann beispielsweise bei einem Wärmetauscher vorteilhaft sein, bei welchem in einem Abschnitt ein Trinkwasserdampf kondensiert wird, in einem Zwischenabschnitt Tropfenabscheidung stattfinden soll und in einem Abschnitt eine Erwärmung zum Bilden des Trinkwasserdampfs durchgeführt wird. Der Zwischenabschnitt kann somit eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die Effizienz des Wärmetauschers zu erhöhen und eine optimale Trennung der Prozesse zu erzielen.According to one embodiment, fluid channels for guiding a heating fluid, fluid channels for guiding a fluid to be condensed and fluid channels for guiding a cooling fluid are formed between the plates of the base unit, the fluid channels for guiding the heating fluid and the fluid channels for guiding the cooling fluid through at least one area with less Thermal conductivity are spaced from each other. This can be advantageous, for example, in a heat exchanger in which a drinking water vapor is condensed in one section, droplet separation is to take place in an intermediate section and heating to form the drinking water vapor is carried out in one section. The intermediate section can thus have a reduced thermal conductivity in order to increase the efficiency of the heat exchanger and to achieve an optimal separation of the processes.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Basiseinheit und/oder die Platten der Basiseinheit durch Schraubverbindungen oder durch Schnellspannverbindungen in dem Einbaurahmen angeordnet. Werden die Platten als Block bzw. als Basiseinheit in sich gedichtet, dann kann der Block an den Ein- und Austrittsstellen für die Fluide technisch einfach mittels umfangsseitiger Dichtungen an eine Destillationsanlage angeschlossen werden. Es werden hierdurch keine hohen Vorspannkräfte und keine schweren Platten des Einbaurahmens benötigt.In a further embodiment, the base unit and / or the plates of the base unit are arranged in the installation frame by screw connections or by quick-release connections. If the plates are sealed as a block or as a base unit, the block can be connected to a distillation plant at the entry and exit points for the fluids in a technically simple manner by means of circumferential seals. As a result, no high pretensioning forces and no heavy plates of the installation frame are required.
Durch das geringe Gewicht des Wärmetauschers kann die Demontage einfacher und schneller durchgeführt werden. Hierdurch wird auch eine externe Reinigung des Wärmetauschers vereinfacht.Due to the low weight of the heat exchanger, dismantling can be carried out more easily and quickly. This also simplifies external cleaning of the heat exchanger.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anlage zur thermischen Behandlung von mindestens einem Fluid bereitgestellt. Die Anlage kann beispielsweise als eine Trinkwasserdestillationsanlage ausgestaltet sein und weist mindestens einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher auf. Der Wärmetauscher weist vorzugsweise eine aus mindestens einem bereichsweise thermisch leitfähigen Polymer hergestellte Basiseinheit auf, welche auf die Temperaturen des mindestens einen Fluids der Anlage ausgelegt ist.According to a further aspect of the invention, a system for the thermal treatment of at least one fluid is provided. The system can be designed, for example, as a drinking water distillation system and has at least one heat exchanger according to the invention. The heat exchanger preferably has a base unit made from at least one thermally conductive polymer in some areas, which is designed for the temperatures of the at least one fluid of the system.
Die Anlage kann beispielsweise zur Wasseraufbereitung zur lokalen Trinkwasserherstellung mit einem Franchise-Konzept geeignet sein. Des Weiteren kann die Betriebszeit der Anlage maximiert werden, da der eingebaute Wärmetauscher bei Bedarf durch einen Ersatz-Wärmetauscher austauschbar ist. Der Stillstand der Anlage beschränkt sich lediglich auf den Wärmetauscher-Austausch. Des Weiteren kann der Ausbau und Einbau des Wärmetauschers aufgrund des geringeren Gewichts des Wärmetauschers vereinfacht und beschleunigt werden. Durch die präzise Abstimmung des Wärmetauschers auf die Anlage hinsichtlich der eingesetzten Temperaturen kann ein Manipulationsschutz realisiert werden.The system can, for example, be suitable for water treatment for local drinking water production with a franchise concept. Furthermore, the operating time of the system can be maximized, since the built-in heat exchanger can be exchanged for a replacement heat exchanger if necessary. The system downtime is limited to exchanging the heat exchanger. Furthermore, the removal and installation of the heat exchanger can be simplified and accelerated due to the lower weight of the heat exchanger. Tamper protection can be implemented by precisely coordinating the heat exchanger with the system with regard to the temperatures used.
Soll die Ausbringung der Anlage vergrößert werden, beispielsweise bei einer steigenden Kundenzahl und daraus resultierendem Wasserbedarf, kann ein Anlagenbetreiber die Anlage durch den Einbau einer thermisch optimierten Basiseinheit und/oder Wärmetauschers aufrüsten. Ein thermisch optimierter Wärmetauscher weist Platten auf, welche eine Wärmeleitfähigkeitsverteilung mit Bereichen geringer Wärmeleitfähigkeit und mit Bereichen höherer Wärmeleitfähigkeit umfassen. Hierdurch kann die Effizienz des Wärmetauschers verbessert und der resultierende Trinkwasserumsatz gesteigert werden.If the output of the system is to be increased, for example with an increasing number of customers and the resulting water requirement, a system operator can upgrade the system by installing a thermally optimized base unit and / or heat exchanger. A thermally optimized heat exchanger has plates which comprise a thermal conductivity distribution with areas of low thermal conductivity and with areas of higher thermal conductivity. This can improve the efficiency of the heat exchanger and increase the resulting drinking water turnover.
Wird das System bzw. die Anlage bei Nennleistung auf die thermischen Eigenschaften des gefüllten Polymers der Platten ausgelegt, funktioniert die Anlage nur mit diesem Block bzw. dieser Basiseinheit des Wärmetauschers. Nachbauten bzw. Plagiate können somit die Frischwasserproduktionsrate nicht erreichen, wenn sie aus einem alternativen Polymer gebaut sind.If the system or the plant is designed for the thermal properties of the filled polymer of the plates at nominal output, the plant only works with this block or this basic unit of the heat exchanger. Replicas or plagiarisms cannot reach the fresh water production rate if they are made from an alternative polymer.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher als ein Plattenwärmeübertrager oder als ein Fallstromverdampfer in Plattenbauweise ausgestaltet. Hierdurch kann der Wärmetauscher flexibel in unterschiedlich ausgestalteten Anlagen eingesetzt werden. Durch die Herstellung der Platten des Wärmetauschers im Spritzgussverfahren und einem anschließenden Verbindungsschritt der Platten können beliebige Formen und Fluidkanal-Anordnungen für unterschiedliche Anwendungen realisiert werden.According to one embodiment, the heat exchanger is designed as a plate heat exchanger or as a falling film evaporator in plate construction. As a result, the heat exchanger can be used flexibly in differently designed systems. By producing the plates of the heat exchanger in an injection molding process and a subsequent connecting step of the plates, any desired shapes and fluid channel arrangements can be realized for different applications.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Anlage mit mindestens einem ersten Wärmetauscher aus einem Kunststoff betreibbar, wobei der erste Wärmetauscher durch einen als Austauschteil ausgestalteten erfindungsgemäßen Wärmetauscher austauschbar ist. Hierdurch kann der Wärmetauscher als ein Wechselteil zur Leistungssteigerung ausgeführt sein. Die Anlage kann vom Grundkonzept her für einen Polymerwärmeübertrager ausgelegt sein, welcher thermisch nicht optimiert ist und somit eine konstante Wärmeleitfähigkeitsverteilung aufweist. Dieser erste Wärmetauscher kann zur Leistungssteigerung durch einen thermisch optimierten Wärmetauscher zur Leistungssteigerung ersetzt werden.According to a further embodiment, the system can be operated with at least one first heat exchanger made of a plastic, the first heat exchanger being exchangeable by a heat exchanger according to the invention designed as an exchangeable part. As a result, the heat exchanger can be designed as an interchangeable part to increase performance. The system can be from The basic concept should be designed for a polymer heat exchanger which is not thermally optimized and thus has a constant thermal conductivity distribution. This first heat exchanger can be replaced by a thermally optimized heat exchanger to increase performance in order to increase performance.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Anlage gemäß einer Ausführungsform, -
2 ,3 schematische Querschnitte eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform, -
4 eine Explosionsdarstellung eines Wärmetauschers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und -
5 schematische Detailansichten eines Bereichs mit einer verringerten Wärmeleitfähigkeit und eines Bereichs mit einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit.
-
1 a schematic representation of a system according to an embodiment, -
2 ,3 schematic cross-sections of a heat exchanger according to an embodiment, -
4th an exploded view of a heat exchanger according to a further embodiment and -
5 schematic detailed views of an area with a reduced thermal conductivity and an area with an increased thermal conductivity.
Die
Der Wärmetauscher
Die Platten
Die Basiseinheit
Der Einbaurahmen
Die Anschlüsse
Es kann beispielsweise ein Fluidkanal
Der Heizdampf kann mit Hilfe eines Dampfgenerators
In der
In der
Die Platten
Ein umfangsseitiger Rand
Der Randbereich
Das Polymer der Platten
In der
Die
Durch ein Einbringen von Füllpartikeln
Claims (12)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020204837.1A DE102020204837A1 (en) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | Plate heat exchanger with locally varying thermal conductivity |
PCT/EP2021/059644 WO2021209494A1 (en) | 2020-04-16 | 2021-04-14 | Plate heat exchanger having a locally varying thermal conductivity |
EP21719877.9A EP4136399B1 (en) | 2020-04-16 | 2021-04-14 | Plate heat exchanger having a locally varying thermal conductivity |
CN202180028234.5A CN115380193A (en) | 2020-04-16 | 2021-04-14 | Plate heat exchanger with locally varying thermal conductivity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020204837.1A DE102020204837A1 (en) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | Plate heat exchanger with locally varying thermal conductivity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020204837A1 true DE102020204837A1 (en) | 2021-10-21 |
Family
ID=75581503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020204837.1A Pending DE102020204837A1 (en) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | Plate heat exchanger with locally varying thermal conductivity |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4136399B1 (en) |
CN (1) | CN115380193A (en) |
DE (1) | DE102020204837A1 (en) |
WO (1) | WO2021209494A1 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0203213B1 (en) * | 1985-05-29 | 1988-08-10 | SIGRI GmbH | Procedure for manufacturing a plate heat exchanger |
ATE109670T1 (en) * | 1988-08-26 | 1994-08-15 | Aquamax Oy | DISTILLATION ARRANGEMENT. |
US6899163B2 (en) * | 2003-03-24 | 2005-05-31 | Apv North America, Inc. | Plate heat exchanger and method for using the same |
CN203820488U (en) * | 2014-02-08 | 2014-09-10 | 上海朗金嵩特传热技术有限公司 | Plate-type seawater desalination device and heat exchange plate thereof |
US20180320988A1 (en) * | 2017-05-02 | 2018-11-08 | Dais Analytic Corporation | Compact membrane-based heat and mass exchanger |
-
2020
- 2020-04-16 DE DE102020204837.1A patent/DE102020204837A1/en active Pending
-
2021
- 2021-04-14 EP EP21719877.9A patent/EP4136399B1/en active Active
- 2021-04-14 CN CN202180028234.5A patent/CN115380193A/en active Pending
- 2021-04-14 WO PCT/EP2021/059644 patent/WO2021209494A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4136399A1 (en) | 2023-02-22 |
WO2021209494A1 (en) | 2021-10-21 |
CN115380193A (en) | 2022-11-22 |
EP4136399B1 (en) | 2024-06-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69106291T2 (en) | PLATE EVAPORATOR. | |
DE69003241T2 (en) | PLATE HEAT EXCHANGER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME. | |
DE69722762T2 (en) | DEVICE FOR SHAPING COMPOSITE OBJECTS | |
EP2647082A1 (en) | Device for conducting a cooling fluid, and cooling system for cooling an electrical component | |
DE3220774A1 (en) | PLATE EVAPORATOR OR CONDENSER | |
EP1422489A2 (en) | Heat exchanger | |
DE102017101126B4 (en) | Power electronics system and process for its manufacture | |
DE2333703A1 (en) | MULTI-STAGE EVAPORATOR | |
DE1928577A1 (en) | Heat exchanger | |
EP2597698A1 (en) | Frame and system for holding and controlling the temperature of a battery cell | |
DE2007033B2 (en) | Plate heat exchanger made of polytetrafluoroethylene | |
WO2005063351A1 (en) | Strand evaporator device | |
EP1077753A1 (en) | Device and method for removing volatile components from polymer solutions | |
DE2801075B2 (en) | Heat exchanger with at least one radiant wall | |
DE102020204837A1 (en) | Plate heat exchanger with locally varying thermal conductivity | |
EP0066790A1 (en) | Method and apparatus for a short-path distillation | |
WO2018019534A1 (en) | Device for separating product water from impure raw water and method for operating this device | |
DE10020797A1 (en) | Flexible tube radiator for motor vehicle has angled rows of tubes extending between offset rows of ports in manifolds | |
DE102018117059B4 (en) | Battery module for a traction battery of an electrically driven motor vehicle | |
WO2009036913A1 (en) | High-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (ht-pemfc) including apparatuses for cooling said fuel cell | |
EP4160788A1 (en) | Battery module of a traction battery of a motor vehicle and method for producing the same | |
EP3285036A1 (en) | Heat exchanger modul for bulk material | |
DE10218274A1 (en) | Pleated plate for cross flow heat exchanger, has pleat profile with steep rising flanks and flatter falling flanks | |
WO2020224856A1 (en) | Cooling of heat sources arranged in series in a coolant flow | |
DE102015011241B4 (en) | Heat exchanger for a cooling circuit |